CN108365672A - 充电器的充满保护电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种充电器的充满保护电路，包括一次整流模块、高频变压模块、二次整流模块、还包括采样模块、MCU电路模块、电压比较电路、脉冲调制模块、脉冲驱动模块以及开关电路；脉冲调制电路内部基准三角波与反馈电压相比较产生驱动方波通过脉冲驱动电路驱动开关电路的高频闭合与关断，将初级电容储存的直流电压转换成高频电压，通过变压器磁芯互感在二次侧产生相对较低的高频电压。在充电侧设置二极管D1，通过控制占空比来控制D1两侧的电压，从而实现充电保护。本发明仅仅采用二极管来控制关断，价格低廉，极大地降低了成本，使充电器更具竞争力。
Description
技术领域
本发明涉及充电器技术领域，具体涉及一种充电器的充满保护电路。
背景技术
当下，电池技术发展已经相对成熟，已广泛应用于电动工具，电动自行车，电动摩托车，电动汽车，玩具，通讯工具，家电，军事装备，航空航天等领域，与人们生活息息相关。充电器作为与电池紧密配合的产品，应用也非常广泛。同时，大多数充电器是一个AC-DC能量转换的产品，将电网能量转换为电池所需的直流电，电网电压为高压，对人体有致命危害。电池如果发生过热，短路，过充，单节电芯过压等异常情况，有发生***，火灾等事故的可能性。所以，充电器除了必要的功能性设计，还必须具备可靠的安全设计。充电器的输出功率与安全设计涉及的成本成正比，安全设计中通常采用开关器件，来关断电流主回路，达到保护的目的，开关器件如MOS，继电器，可控硅属于功率材料，价格是比较昂贵的，而且还需要驱动电路，进一步增加了成本，导致充电器成本比较高，降低了市场竞争力。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种低成本的充满保护方式，在电池充满后，不采用开关器件的情况下，让充电器立即停止对电池充电，同时阻止电池对充电器放电。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种充电器的充满保护电路，包括一次整流模块、高频变压模块以及二次整流模块，市电经过一次整流模块整流后形成直流电压，：还包括采样模块、MCU电路模块、电压比较电路、脉冲调制模块、脉冲驱动模块以及开关电路；采样模块用于采集电池的两端电压，并且将电压信号传送至MCU电路模块中；二次整流模块的输出电压U对电池充电，在二次整流模块与电池之间设置一个二极管，二极管的负极与电池正极连接，二极管的正极连接输出电压U；电压比较电路包括一个电压比较器，电压比较器的输出端连接脉冲调制模块；脉冲调制模块产生驱动方波通过脉冲驱动模块驱动开关电路的高频闭合与关断，将一次整流模块产生的直流电压转换成高频电压U1，通过高频变压器产生高频电压U2，二次整流模块将高频电压U2转化成直流电压；电压比较器的负极接入电压U4，电压U4大小与输出电压U成比例对应，当电池正常充电时，MCU电路模块连接电压比较电路的输出端断开，电压比较器的正极连接电压U3，且U3保持不变，当电池充满后，MCU电路模块输出控制信号，将U3拉低；当电压比较的正极大于负极时，电压比较器输出高电平，使得脉冲驱动模块中的占空比增大，输出电压U增大；当电压比较器的正极小于负极时，电压比较器输出低电平，使得脉冲驱动模块中的占空比较小，输出电压U减小。
进一步的，还包括电流比较电路，采样模块还采集电池的充电电流并将电流信号传送至 MCU电路模块，电流比较电路包括一个电流比较器，电流比较器的输出端连接脉冲调制模块，负极连接电池充电电流的采样电压，当电池正常充电时，MCU电路模块连接电流比较电路的输出端断开，电流比较器的正极接入电压U5，且U5保持不变；当MCU电路模块检测到充电电流过大时，MCU电路模块将电压U5拉低；当电流比较器的正极小于负极时，电流比较器输出低电平，使得脉冲驱动模块中的占空比较小，充电电流减小。
进一步的，还包括基准电路模块，基准电路模块用于产生电流比较器和电压比较器所需的基准电压，所述电压比较电路还包括一个BJT管Q1,所述电压比较器的正极通过电阻R1后接入基准电压，通过电阻R2后接地，电阻R1和电阻R2之间的节点连接BJT管Q1的集电极， BJT管Q1的基极连接MCU电路模块的输出端，BJT管Q1的发射极接地；所述电压比较的负极通过电阻R4连接输出电压U，通过电阻R2后接地。
进一步的，所述电流比较电路还包括一个BJT管Q2,所述电流比较器的正极通过电阻R6 后接入基准电压，通过电阻R7后接地，电阻R6和电阻R7之间的节点连接BJT管Q2的集电极，BJT管Q2的基极连接MCU电路模块的输出端，BJT管Q1的发射极接地；所述电流比较的负极通过电阻R4连接输出电压U，通过电阻R2后接地。
进一步的，所述采样模块还采集电池的温度参数并将其传送至MCU电路模块，当MCU电路模块检测到充电温度超过预设温度时，MCU控制模块将输出低电平信号至BJT管Q1，同时输出高电平信号至BJT管Q2。
从上述技术可以看出本发明具有以下特点：本发明仅仅采用二极管来控制关断，价格低廉，极大地降低了成本，使充电器更具竞争力，在过电流保护和过电压保护上面，通过产生极低的占空比，将充电电流降至微安级别，从而停止对电池包的充电，达到保护的目的。
附图说明
图1为本发明的原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。
如图1所示，本发明的一种充电器的充满保护电路，包括低通滤波模块、一次整流模块、高频变压模块、二次整流模块，交流市电由L线与N线进入充电器，经过由共模电感、差模电感、X电容等组成的滤波电路，得到相对纯净的交流电压，并且过滤吸收高频变压产生的脉动电流对电网的干扰，然后经过一次整流模块中桥堆的一次侧整流为直流高电压储存在初级大电容中。
还包括采样模块、MCU电路模块、电压比较电路、脉冲调制模块、脉冲驱动模块以及开关电路。脉冲调制模块内部基准三角波与反馈电压相比较产生驱动方波通过脉冲驱动模块驱动开关电路的高频闭合与关断，将初级电容储存的直流电压转换成高频电压，通过变压器磁芯互感在二次侧产生相对较低的高频电压。经过肖特基二极管二次整流为直流电压，输出滤波电容与滤波电感组成的平滑滤波电路对二次侧整流后的直流电压进行滤波，输出纯净的直流电压对电池包进行充电。
采样模块用于采集电池的两端电压，并且将电压信号传送至MCU电路模块中；二次整流模块的输出电压U对电池充电，在二次整流模块与电池之间设置一个二极管，二极管的负极与电池正极连接，二极管的正极连接输出电压U；电压比较电路包括一个电压比较器，电压比较器的输出端连接脉冲调制模块；脉冲调制模块产生驱动方波通过脉冲驱动模块驱动开关电路的高频闭合与关断，将一次整流模块产生的直流电压转换成高频电压U1，通过高频变压器产生高频电压U2，二次整流模块将高频电压U2转化成直流电压；电压比较器的负极接入电压U4，电压U4大小与输出电压U成比例对应，当电池正常充电时，MCU电路模块连接电压比较电路的输出端断开，电压比较器的正极连接电压U3，且U3保持不变，当电池充满后， MCU电路模块输出控制信号，将U3拉低；当电压比较的正极大于负极时，电压比较器输出高电平，使得脉冲驱动模块中的占空比增大，输出电压U增大；当电压比较器的正极小于负极时，电压比较器输出低电平，使得脉冲驱动模块中的占空比较小，输出电压U减小。
本发明还包括基准电路模块，基准电路模块用于产生电流比较器和电压比较器所需的基准电压，所述电压比较电路还包括一个BJT管Q1,所述电压比较器的正极通过电阻R1后接入基准电压，通过电阻R2后接地，电阻R1和电阻R2之间的节点连接BJT管Q1的集电极，BJT 管Q1的基极连接MCU电路模块的输出端，BJT管Q1的发射极接地；所述电压比较的负极通过电阻R4连接输出电压U，通过电阻R2后接地。
输出电压由电压比较器U1控制，其中3脚电压为基准电路通过分压电路得到的电压基准， 2脚电压为输出电压通过分压电路得到的采样电压，1脚为电压比较器的输出端。当3脚电压高于2脚电压时，比较器输出高电平，通过脉冲调制使得占空比增大，输出电压升高，2脚电压随之增大，直到2脚电压与3脚电压相等，比较器停止输出高电平，达到动态平衡；当 3脚电压低于2脚电压时，比较器输出低电平，通过脉冲调制使得占空比减小，输出电压降低，2脚电压随之减小，直到2脚电压与3脚电压相等，比较器停止输出低电平，达到动态平衡。
本发明还包括电流比较电路，采样模块还采集电池的充电电流并将电流信号传送至MCU 电路模块，电流比较电路包括一个电流比较器，电流比较器的输出端连接脉冲调制模块，负极连接电池充电电流的采样电压，当电池正常充电时，MCU电路模块连接电流比较电路的输出端断开，电流比较器的正极接入电压U5，且U5保持不变；当MCU电路模块检测到充电电流过大时，MCU电路模块将电压U5拉低；当电流比较器的正极小于负极时，电流比较器输出低电平，使得脉冲驱动模块中的占空比较小，充电电流减小。所述电流比较电路还包括一个 BJT管Q2,所述电流比较器的正极通过电阻R6后接入基准电压，通过电阻R7后接地，电阻 R6和电阻R7之间的节点连接BJT管Q2的集电极，BJT管Q2的基极连接MCU电路模块的输出端，BJT管Q1的发射极接地；所述电流比较的负极通过电阻R4连接输出电压U，通过电阻R2后接地。
输出电流由电流比较器U2控制，其中3脚电压为基准电路通过分压电路得到的电流基准， 2脚电压为对充电器输出电流的采样电压，1脚为电流比较器的输出端。当3脚电压高于2脚电压时，比较器输出高电平，通过脉冲调制使得占空比增大，输出电流升高，2脚电压随之增大，直到2脚电压与3脚电压相等，比较器停止输出高电平，达到动态平衡；当3脚电压低于2脚电压时，比较器输出低电平，通过脉冲调制使得占空比减小，输出电流降低，2脚电压随之减小，直到2脚电压与3脚电压相等，比较器停止输出低电平，达到动态平衡。
充电器正常充电时，MCU电路IO1输出低电平，BJT管Q1关断，3脚电压为下偏电阻R2的分压电路电压。IO2输出低电平，BJT管Q2关断，3脚电压为下偏电阻R7的分压电路电压。
当电池充满后，MCU电路通过电压取样电路采集到电压，IO1输出高电平，IO2输出低电平，BJT管Q1打开，电压比较器3脚电压为下偏电阻R2与电阻R3并联的分压电路电压，由于总电压与上偏电阻R1不变，3脚电压减小，2脚电压不变，比较器输出低电平，通过脉冲调制使得占空比减小，输出电压降低，2脚电压随之减小，直到2脚电压与3脚电压相等，比较器停止输出低电平。此时，输出电压低于电池电压，充电器不向电池包充电。同时由于二极管D1的反向截止特性，电池包不向充电器放电，达到电压保护的目的。
当充电电流过大时，MCU电路通过电流取样电路采集到电压，IO1输出低电平，IO2输出高电平，BJT管Q2打开，电流比较器3脚为下偏电阻R7与电阻R8并联的分压电路电压，由于总电压与上偏电阻R6不变，3脚电压减小，2脚电压不变，比较器输出低电平，通过脉冲调制使得占空比急剧减小，输出电流降低至微安级，2脚电压随之急剧减小，直到2脚电压与3脚电压相等，比较器停止输出低电平。此时输出电流降至微安级，所充的微弱电量被电池包内损等消耗掉，电池包电压不会再上升，达到过电流保护的目的。
所述采样模块还采集电池的温度参数并将其传送至MCU电路模块，当MCU电路模块检测到充电温度超过预设温度时，MCU控制模块将输出低电平信号至BJT管Q1，同时输出高电平信号至BJT管Q2。当充电器温度过高时，MCU电路通过温度取样电路采集到电压，IO1输出低电平，IO2输出高电平，Q2打开，电流比较器3脚为下偏R7与R8并联的分压电路电压，由于总电压与上偏电阻R6不变，3脚电压减小，2脚电压不变，比较器输出低电平，通过脉冲调制使得占空比急剧减小，输出电流降低至微安级，2脚电压随之急剧减小，直到2脚电压与3脚电压相等，比较器停止输出低电平。此时输出电流降至微安级，所充的微弱电量被电池包内损等消耗掉，电池包电压不会再上升，达到过温度保护的目的。
传统的充电器在安全设计中通常采用开关器件，来关断电流主回路，达到保护的目的，开关器件如MOS，继电器，可控硅属于功率材料，价格是比较昂贵的，而且还需要驱动电路，进一步增加了成本，导致充电器成本比较高。而本经济型充满保护电路仅仅采用二极管来控制关断，价格低廉，极大地降低了成本，使充电器更具竞争力
传统的充电器依靠开关器件的关断达到输出电压和电池包的隔离，属于电压隔离。而本经济型充满保护电路在过电流保护和过电压保护上面，通过产生极低的占空比，将充电电流降至微安级别，从而停止对电池包的充电，达到保护的目的。
Claims (5)
1.一种充电器的充满保护电路，包括一次整流模块、高频变压模块以及二次整流模块，市电经过一次整流模块整流后形成直流电压，其特征在于：还包括采样模块、MCU电路模块、电压比较电路、脉冲调制模块、脉冲驱动模块以及开关电路；采样模块用于采集电池的两端电压，并且将电压信号传送至MCU电路模块中；二次整流模块的输出电压U对电池充电，在二次整流模块与电池之间设置一个二极管，二极管的负极与电池正极连接，二极管的正极连接输出电压U；电压比较电路包括一个电压比较器，电压比较器的输出端连接脉冲调制模块；脉冲调制模块产生驱动方波通过脉冲驱动模块驱动开关电路的高频闭合与关断，将一次整流模块产生的直流电压转换成高频电压U1，通过高频变压器产生高频电压U2，二次整流模块将高频电压U2转化成直流电压；电压比较器的负极接入电压U4，电压U4大小与输出电压U成比例对应，当电池正常充电时，MCU电路模块连接电压比较电路的输出端断开，电压比较器的正极连接电压U3，且U3保持不变，当电池充满后，MCU电路模块输出控制信号，将U3拉低；当电压比较的正极大于负极时，电压比较器输出高电平，使得脉冲驱动模块中的占空比增大，输出电压U增大；当电压比较器的正极小于负极时，电压比较器输出低电平，使得脉冲驱动模块中的占空比较小，输出电压U减小。
2.根据权利要求1所述的充电器的充满保护电路，其特征在于：还包括电流比较电路，采样模块还采集电池的充电电流并将电流信号传送至MCU电路模块，电流比较电路包括一个电流比较器，电流比较器的输出端连接脉冲调制模块，负极连接电池充电电流的采样电压，当电池正常充电时，MCU电路模块连接电流比较电路的输出端断开，电流比较器的正极接入电压U5，且U5保持不变；当MCU电路模块检测到充电电流过大时，MCU电路模块将电压U5拉低；当电流比较器的正极小于负极时，电流比较器输出低电平，使得脉冲驱动模块中的占空比较小，充电电流减小。
3.根据权利要求2所述的充电器的充满保护电路，其特征在于：还包括基准电路模块，基准电路模块用于产生电流比较器和电压比较器所需的基准电压，所述电压比较电路还包括一个BJT管Q1,所述电压比较器的正极通过电阻R1后接入基准电压，通过电阻R2后接地，电阻R1和电阻R2之间的节点连接BJT管Q1的集电极，BJT管Q1的基极连接MCU电路模块的输出端，BJT管Q1的发射极接地；所述电压比较的负极通过电阻R4连接输出电压U，通过电阻R2后接地。
4.根据权利要求3所述的充电器的充满保护电路，其特征在于：所述电流比较电路还包括一个BJT管Q2,所述电流比较器的正极通过电阻R6后接入基准电压，通过电阻R7后接地，电阻R6和电阻R7之间的节点连接BJT管Q2的集电极，BJT管Q2的基极连接MCU电路模块的输出端，BJT管Q1的发射极接地；所述电流比较的负极通过电阻R4连接输出电压U，通过电阻R2后接地。
5.根据权利要求4所述的充电器的充满保护电路，其特征在于：所述采样模块还采集电池的温度参数并将其传送至MCU电路模块，当MCU电路模块检测到充电温度超过预设温度时，MCU控制模块将输出低电平信号至BJT管Q1，同时输出高电平信号至BJT管Q2。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: No.555, Xida Road, Xinwu District, Wuxi City, Jiangsu Province Applicant after: WUXI QUANYU ELECTRONIC TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: 214000 Hou Qiao Jie Dao Xin Lian Cun, Xishan District, Wuxi City, Jiangsu Province Applicant before: WUXI QUANYU ELECTRONIC TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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| CB02 | Change of applicant information | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180803 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |